Nos últimos 50 anos, os fabricantes consideram a fibra de carbono um material dos sonhos:embora as fibras individuais sejam mais finas do que um fio de cabelo humano, eles podem ser torcidos juntos e fundidos com um material de matriz para formar um composto leve que é mais forte do que o aço, duas vezes mais rígido e um bom condutor de calor. E, ao contrário dos metais, o material não racha com o tempo. Tem sido usado em uma ampla gama de aplicações, incluindo ar e espaçonaves, carros, edifícios, dispositivos médicos e equipamentos esportivos.

Mas a fibra de carbono tem uma grande desvantagem, disse o engenheiro da Husker, Yongfeng Lu, um especialista em materiais de carbono. Sob temperaturas extremas - encontradas rotineiramente na indústria aeroespacial, por exemplo, a fibra de carbono oxida, o que significa que reage com o oxigênio do ar e queima, assim como a madeira quando combinada com bastante calor e oxigênio. A oxidação diminui rapidamente as qualidades de sonho da fibra de carbono, particularmente sua força.

"Um ponto fraco das fibras de carbono é que elas se queimam facilmente se você tiver temperaturas altas o suficiente e oxigênio presente, "disse o Lu, Lott Distinguished University Professor de engenharia elétrica e da computação. "Se pudéssemos torná-los não inflamáveis, para que não queimem quando expostos ao fogo, isso seria emocionante. "

Em um artigo recente publicado em PNAS , A equipe de Lu descreve um passo importante em direção a esse objetivo. Ele e colegas da Universidade de Nebraska – Lincoln e do Instituto de Química da Matéria Condensada de Bordeaux, na França, desenvolveram um modelo de baixo custo, método escalonável para proteger a fibra de carbono contra a oxidação. A abordagem representa uma melhoria significativa em relação a outros processos de antioxidação que são laboriosos, lento e caro.

"Estamos tentando adicionar camadas superficiais que possam separar as fibras de carbono do oxigênio para que, mesmo sob altas temperaturas, eles não serão queimados, "Lu disse." As fibras de carbono podem ser usadas de muitas maneiras - tecidas em tecidos e em partes de edifícios, aviões, equipamentos eletrônicos, mas se eles forem inflamáveis, que representa um novo risco para o sistema e limita muito esses aplicativos. "

Para eliminar a inflamabilidade, A equipe de Lu desenvolveu um simples, processo de uma única etapa que começa com a fusão de um sal que é quimicamente muito semelhante ao sal de mesa. Depois que os cristais de sal se tornam líquidos, os pesquisadores adicionam pós de titânio e cromo, que são conhecidos por resistir a altas temperaturas. As fibras de carbono são então adicionadas à mistura.

Após uma reação espontânea, o processo produz um revestimento de três camadas - feito de carboneto de cromo e carboneto de titânio - que serve como uma barreira contra a oxidação. O revestimento é multicamadas porque titânio e cromo têm comportamentos e taxas de reação diferentes dentro do sal fundido, levando a três camadas distintas de produto final. Este revestimento triplo confere proteção extra quando comparado a uma única camada.

Quando os pesquisadores avaliaram as fibras de carbono revestidas contra temperaturas extremas - cerca de 2, 200 graus Fahrenheit - e condições ambientais extremas que simularam com uma chama de oxiacetileno, eles descobriram que o material de carbono mantinha sua estrutura. Lu disse que o próximo passo é identificar o quão à prova de fogo as fibras revestidas são em comparação com suas contrapartes desprotegidas, e por quanto tempo eles podem reter suas propriedades mais valiosas sob condições extremas.

A equipe de Lu não é a primeira a explorar métodos de proteção das fibras de carbono contra a oxidação, mas se for bem-sucedido em mais testes, a abordagem seria a primeira com viabilidade em larga escala. Abordagens anteriores, como deposição de vapor químico, envolvem equipamentos caros, várias etapas e reações químicas que são difíceis de controlar. A abordagem do sal fundido contorna essas armadilhas usando produtos básicos, materiais baratos que passam por um processo espontâneo a uma temperatura relativamente baixa de cerca de 1, 800 graus Fahrenheit.

O processo também é rápido e limpo, preparando-o para uso industrial generalizado.

"Encontramos uma receita que pode formar três camadas em um único estado, "Lu disse." Com um único mergulho, podemos obter três camadas de revestimento. "